Аналіз напружено-деформованого стану конструкції п'ятиповерхової будівлі з CLT панелей методом скінчених елементів

Сергій Сахно Людмила Янова Олена Пищикова A. Манько К. Пищикова
Отримано 30.12.2021, Доопрацьовано 09.03.2022, Прийнято 26.04.2022
Анотація

Мета. Дослідження особливостей напружено-деформованого стану каркасу багатоповерхової будівлі з клеєної деревини методом скінчених елементів. Методи досліджень. Математичне моделювання деформацій та напружень в елементах каркасу виконувалось в програмному середовищі ANSYS Student. Аналіз напружено-деформованого стану елементів моделі з урахуванням ортотропних властивостей матеріалу. Модальний аналіз конструкції будинку. Наукова новизна. В результаті досліджень отримав подальший розвиток метод математичного моделювання конструкцій виготовлених з ортотропних матеріалів. Виявлені особливості розподілення напружень та деформацій в конструкціях з CLT панелей. Практичне значення. Моделювання напружено-деформованого стану конструкцій з ортотропного матеріалу дозволяє виконувати розрахунки та оптимізацію конструкції будинків та споруд з деревини за допомогою програмного комплексу ANSYS. Показано, що CLT панелі є перспективними для застосування в багатоповерховому будівництві в Україні. Результати. В результаті досліджень виявлені особливості роботи багатоповерхового будинку з CLT панелей. Панелі мають високу міцність та жорсткість і можуть бути використані для будівництва багатоповерхових будинків. Проведено підбір оптимальної товщини міжповерхового перекриття. Виявлено особливості роботи силового каркасу першого поверху який складається з колон та балок з клеєної деревини та центральним ядром з CLT панелей. Найбільші відносні деформації спостерігаються у колонах першого поверху та у місцях примикання стінових панелей до перекриття. Найбільші напруження виникають у конструкції покрівлі, колонах першого поверху та у місцях з'єднання міжкімнатних перегородок верхнього поверху з підвітряної сторони будівлі. Показано, що CLT панелі забезпечують достатню стійкість конструкції при зменшенні її загальної ваги. Модальний аналіз будинку показав, що форма коливань та амплітуда відхилень конструкції значною мірою залежить від жорсткості колон першого поверху. Результати досліджень показують, що найбільш небезпечними є четверта та п'ята форми коливань із частотами, відповідно 16,9 та 17,2 Гц

Ключові слова:
деревина; метод скінчених елементів; деформації; міцність; CLT панелі

Взято з Том 20, № 1, 2022

Сторінки 76–83

Використані джерела ЦИТУВАТИ

[1] Chen, L. (2021). Environmental cost of sustainable development and climate change: can SAARC shift some liability with renewable energy and efficiency? Environmental Science and Pollution Research, 28(47). https://doi.org/10.1007/s11356-021-15209-2

[2] Chen, J., Shi, Q., & Zhang, W. (2022). Structural path and sensitivity analysis of the CO2 emissions in the construction industry. Environmental Impact Assessment Review, 92. https://doi.org/10.1016/j.eiar.2021.106679

[3] Miller, S. A., Habert, G., Myers, R. J., & Harvey, J. T. (2021). Achieving net zero greenhouse gas emissions in the cement industry via value chain mitigation strategies. One Earth, 4(10). https://doi.org/10.1016/j.oneear.2021.09.011

[4] Imbabi, M. S., Carrigan, C., & McKenna, S. (2012). Trends and developments in green cement and concrete technology. In International Journal of Sustainable Built Environment (Vol. 1, Issue 2). https://doi.org/10.1016/j.ijsbe.2013.05.001

[5] Hajihassani, R., Ghahri, S., Zamani, S. M., & Nourbakhsh, A. (2022). Performance of densified wood glulam as building bio-material. Journal of Renewable Materials, 10(2). https://doi.org/10.32604/jrm.2022.017781

[6] Masroor, M., Doudak, G., & Casagrande, D. (2022). Design of Multipanel CLT Shear Walls with Bidirectional Mechanical Anchors Following Capacity-Based Design Principle. Journal of Performance of Constructed Facilities, 36(1). https://doi.org/10.1061/(asce)cf.1943-5509.0001693 

[7] Zhang, X., Pan, Y., & Tannert, T. (2021). The influence of connection stiffness on the dynamic properties and seismic performance of tall cross-laminated timber buildings. Engineering Structures, 238. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2021.112261

[8] ДБН В.2.6-161:2017. Дерев’яні конструкції. Основні положення. – Київ : Мінрегіон України, 2017. – 111 с.

[9] Sakhno, Serhiy and Yanova, L. and Pishchikova, O. V., Суттєві помилки в ДБН В.2.6-161:2017 «дерев'яні конструкції основні положення» та їх можливі наслідки (Significant Mistakes in DBN B.2.6–161: 2017 'Wooden Constructions Basic Provisions' and Their Possible Consequences) (February 15, 2020). Гірничий вісник ДВНЗ “Криворізький національний університет”, 105, p. 127-132, Available at SSRN: https://ssrn.com/abstract=3538659

[10] Xue, J., Xu, D., & Qi, L. (2019). Experimental seismic response of a column-and-tie wooden structure. Advances in Structural Engineering, 22(8). https://doi.org/10.1177/1369433219828647

[11] Shimizu, H., Wakashima, Y., Shimizu, H., & Kitamori, A. (2020). Seismic retrofit of traditional wooden structures by development of a seismic grid wall with high initial stiffness. AIJ Journal of Technology and Design, 26(63). https://doi.org/10.3130/aijt.26.537

[12] Alih, S. C., & Vafaei, M. (2019). Performance of reinforced concrete buildings and wooden structures during the 2015 Mw 6.0 Sabah earthquake in Malaysia. Engineering Failure Analysis, 102. https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2019.04.056

[13] Gustafsson Anders, Crocetti Roberto, Just Alar, Landel Pierre, Olsson Jörgen, Pousette Anna, Silfverhielm Magnus, & Östman Birgit. (2019). The CLT Handbook (E. Borgström & J. Fröbel, Eds.). Skogsindustrierna Svenskt Trä. 

Sakhno, S., Yanova, L., Pyshchykova, О., Manko, A., & Pishchikova, K. (2022). Analysis of the stress-strain state of a five-storey building with CLT panels by finite element method. Journal of Kryvyi Rih National University, 20(1), 76-83. https://doi.org/10.31721/2306-5451-2022-1-54-76-83
uk